橄欖果渣乙醇提取物成分分析及抗氧化和抑菌性能研究

李春愛，田立鵬，蔡 夢，蒲陸梅

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，蘭州 730070

油橄欖主要產(chǎn)于地中海地區(qū)，為亞熱帶木本油料兼果用樹種，橄欖果肉富含優(yōu)質(zhì)食用植物油——橄欖油，享有植物油皇后的美譽(yù)[1]。橄欖樹作為木本油料樹種，因其“優(yōu)質(zhì)、高效益、高產(chǎn)”的特點而聞名，又以喜光、耐寒、生命力強(qiáng)而被稱為長命樹種[2]。隨著世界各國橄欖果加工業(yè)的迅速發(fā)展，每年都會產(chǎn)生大量橄欖油工業(yè)的廢棄物——橄欖果渣[3,4]。橄欖油加工過程中，橄欖果實中的酚類化合物(約2%)進(jìn)入油相，大部分酚類化合物(98%)仍保留在固體殘渣中[5]。

橄欖果渣由橄欖皮、橄欖漿、橄欖核和廢水組成。據(jù)報道橄欖果渣的酚含量很高，是特級初榨橄欖油(EVOO)的100倍[6,7]，其酚類化合物是一種復(fù)雜的成分混合物，包括羥基酪醇(hydroxytyrosol,HT)和酪醇衍生物、環(huán)烯醚萜類前體、裂環(huán)烯醚萜類化合物和衍生物(橄欖苦苷、橄欖苦苷糖苷配基、女貞苷及其衍生物)、類黃酮(紫杉醇及其衍生物、木犀草素、芹菜素和蘆丁)、苯丙烷類化合物(馬鞭草苷及其衍生物)、木脂素(松脂醇及其衍生物)和酚酸(阿魏酸、香草酸、莽草酸、沒食子酸、咖啡酸、肉桂酸和對香豆酸)[8]。這些酚類化合物的結(jié)構(gòu)中都含有羥基，其對自由基有一定的清除能力，因此它們具有一定的抗氧化活性。有研究發(fā)現(xiàn)，橄欖果渣中羥基酪醇的含量已達(dá)到1 624～2 873 mg/kg[9,10]。HT與馬斯林酸(MA，高濃度橄欖蠟)和齊墩果酸(OA，一種三萜酸)一起作用具有許多功能，例如抗氧化、抗菌、抗炎、抗糖尿病、抗癌和抗HIV等活性[11,12]。

近年來對橄欖果渣提取物的研究發(fā)現(xiàn)，其在預(yù)防心腦血管疾病、抗氧化以及抑制細(xì)菌等方面有一定的作用[13-15]，而其對真菌生長抑制作用鮮有報道。有大量學(xué)者研究從橄欖果渣中提取分離有效成分，所采用的方法有超聲輔助酶解法[16]，水解法[17,18]，有機(jī)溶劑提取法等，雖然這些方法得到的有效成分產(chǎn)率高，但綜合評價后發(fā)現(xiàn)其所需成本較高，且提取過程中所使用的部分有機(jī)溶劑毒性比較大。因此，本文采用綠色環(huán)保的提取劑H2O、50%乙醇、70%乙醇和90%乙醇，采用加熱回流法得到提取物，利用HPLC和GC-MS對提取物進(jìn)行了的成分分析，并對提取物進(jìn)行了抗氧化性評價和對灰葡萄孢的抑菌性能研究。研究結(jié)果為橄欖果渣在抑菌領(lǐng)域的有效利用提供了一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

實驗材料：橄欖果渣，由甘肅省隴南市油橄欖翔宇公司提供(-80 ℃儲存)，烘干備用?；移咸焰哂筛拭C農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院采后生物學(xué)實驗室提供。

實驗試劑：無水乙醇(AR)、羥基酪醇(98%純度)、2,2-聯(lián)苯-1-苦味酸(DPPH)、福林試劑(BR，1 mol/L)(上海遠(yuǎn)業(yè)生物科技有限公司，中國)；甲醇(AR)(天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠，中國)；鐵氰化鉀(AR)、三氯乙酸(AR)(成都市科龍化工試劑廠，中國)。

實驗儀器：LC-20A液相色譜(北京京科瑞達(dá)科技有限公司)；GC-MS-QP2010PLUS型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(島津企業(yè)管理(中國)有限公司)；LDZX-50KBS立式高壓蒸汽滅菌鍋(上海申安醫(yī)療器械廠)；BCM-1600A生物潔凈工作臺(蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司)等。

1.2 方法

1.2.1 提取物制備

橄欖果渣經(jīng)冷凍干燥，粉碎，過篩(80目)除去果核，得到果粉。按料液比為1∶10將果粉固體分別與提取劑(H2O、50%乙醇、70%乙醇和90%乙醇)混合，倒入圓底燒瓶，80 ℃回流1 h，離心，上清液減壓蒸餾除去乙醇，剩余液體經(jīng)冷凍干燥得到固體提取物。本文以H2O、50%乙醇、70%乙醇和90%乙醇為提取劑提取的提取物分別記為E1、E2、E3和E4。

1.2.2 果渣粉主要成分分析

粗脂肪含量：用索氏抽提法；水分含量：根據(jù)國標(biāo)GB/T 5497測定；灰分：用國標(biāo)GB/T 5505-2008測定；總蛋白質(zhì)含量：采用國標(biāo)法GB 5009.5-2016測定；碳水含量：總碳水化合物含量由蛋白質(zhì)、水分、總脂肪和總灰分含量之和與100之差計算得到。

1.2.3 提取物的總酚含量測定

總酚含量采用Yin等[19]的比色法稍做修改測定，沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1 mg/mL：準(zhǔn)確稱取0.025 g沒食子酸用甲醇定容至250 mL，低溫避光貯存；0.2 mol/L的福林酚試劑：準(zhǔn)確量取2 mL福林酚標(biāo)準(zhǔn)試劑，水稀釋至10 mL；0.15 g/mL Na2CO3：稱取Na2CO3粉末37.5 g，蒸餾水溶解并定容至250 mL。

比色法條件：取6個10 mL比色管，分別加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL的沒食子酸溶液，分別先加入1.0 mL福林酚試劑，混勻再加入2.0 mL Na2CO3溶液，搖勻再加蒸餾水定容到10 mL，反應(yīng)靜置1 h，在760 nm處測定吸光度值。提取物總酚測定：1 mg/mL的樣品，按上述方法測定，每組樣品測定三次，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線以沒食子酸作為對照品，計算樣品的總酚含量。

1.2.4 提取物中羥基酪醇含量

根據(jù)Obied等[20]描述的方法，并略作修改。分別稱取0.004 g提取物溶于2 mL色譜純甲醇，得到2 mg/mL的樣品，過0.45 μm濾膜，進(jìn)行液相色譜測定。色譜條件：色譜柱是C18柱(250 mm × 5.0 mm，4.6 μm)，流速為1.0 mL/min，檢測波長為280 nm，柱溫為30 ℃，進(jìn)樣量為10 μL，運(yùn)行時間60 min。流動相：流動相A為0.1%甲酸水溶液，流動相B為甲醇。洗脫梯度：0～10 min，流動相A為83%，流動相B為17%；10～20 min，流動相A為85%，流動相B為15%；20～25 min，流動相A為70%，流動相B為30%；25～45 min，流動相A為60%，流動相B為40%；45～60 min，流動相A為60%，流動相B為40%。

1.2.5 果渣粉與提取物中揮發(fā)性成分分析

固體樣品直接進(jìn)行固相微萃取，固體加熱溫度為70 ℃，加熱期間將萃取頭插在頂空瓶中，注意不要接觸到固體，10 min后取出萃取頭，手動進(jìn)樣。

GC-MS分析方法采用Liu等[21]的方法稍作修改，GC-MS條件色譜柱：OV-1701(30 mm × 0.25 mm × 0.25 μm)；升溫程序：柱溫40 ℃保持2 min，以4 ℃/min升至180 ℃，保持1 min，再以8 ℃/min升至220 ℃；載氣：氦氣，柱流速為1.77 mL/min，溶劑延遲2.5 min，進(jìn)樣溫度：250 ℃，進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣。MS條件離子源為EI源，接口溫度250 ℃，離子源溫度 200 ℃，掃描質(zhì)量范圍35～350m/z。

1.2.6 提取物抗氧化性

1.2.6.1 DPPH·清除率

根據(jù)Duan等[22]所述的方法，對橄欖果渣提取物的清除活性進(jìn)行了測定，并略作修改。0.1 mmol/L DPPH溶液的制備：精密稱取0.004 g DPPH，加入無水乙醇溶解，定容至100 mL，在4 ℃避光保存。測定了不同濃度(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL)提取物對DPPH·的清除活性。實驗方法(見表1)。每組做三個平行組，使用公式(1)計算DPPH·清除率。

DPPH·清除率 = [1-(AS-AR)/AC] × 100%

(1)

式中：AS為樣品的吸光度；AR為參比的吸光度；AC為空白的吸光度。

表1 DPPH·清除實驗方法

1.2.6.2 Fe3+還原力

按照Zhao等[23]描述的方法，對橄欖果渣提取物的還原能力進(jìn)行了測定，分別取不同濃度(2、1.5、1、0.5、0.2 mg/mL)的E1、E2、E3和E4 0.5 mL，與pH 6.6的0.2 mol/L磷酸緩沖液2.5 mL和1 g/100 mL K3Fe(CN)62.5 mL混合，在50 ℃下反應(yīng)20 min，加入10 g/100 mL三氯乙酸2.5 mL，4 000 rpm離心10 min，取上清液2.5 mL，加蒸餾水2.5 mL，加入0.1 g/100 mL三氯化鐵0.5 mL，在700 nm處測定吸光度，蒸餾水為空白。吸光度越大，表示樣品的還原力越大。

1.2.7 提取物對灰葡萄孢的抑制

孢子懸浮液制備：灰葡萄孢菌餅，用約10 mL無菌水沖洗至錐形瓶中，經(jīng)過濾后充分振蕩均勻形成孢子懸浮液，采用血球計數(shù)法，使孢子濃度控制在1 × 106CFU/mL。

菌落生長：因90%乙醇提取物多酚含量最高，故選其做抑菌實驗。配制成濃度為100、50、25、12.5 mg/mL的提取物溶液，分別加入PDA培養(yǎng)基(50 ℃)，制備成帶藥培養(yǎng)基(10、5、2.5、1.25 mg/mL)，待PDA培養(yǎng)基凝固，接菌，觀察并記錄1～8天的菌落直徑。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)采用 Excel 整理，SPSS 進(jìn)行方差分析(P< 0.05，表示差異顯著)。

2 結(jié)果

2.1 橄欖果渣的主要成分分析

橄欖果渣的組成成分如表2所示。濕重樣品的水分含量比為65.52±0.52 g/100 g，蛋白質(zhì)和灰分含量比分別為0.18和0.61 g/100 g，脂肪含量比為2.25 g/100 g；在干重比中，總碳水化合物占比最高，達(dá)到89.97±0.48 g/100 g，總蛋白、總脂肪和灰分含量比分別達(dá)到0.45±0.1、5.16±0.5和0.61±0.01 g/100 g。通過對比干重含量比和濕重含量比，發(fā)現(xiàn)在干重比中總碳水化合物含量比最高，其次是水分、總脂肪。濕重比中水分含量比最高，其次是總碳水化合物、總脂肪。結(jié)果表明，橄欖果渣主要成分中總碳水化合物、水分、總脂肪占比較高。

表2 橄欖果渣中的主要成分

2.2 提取物的總酚含量

采用沒食子酸比色法測定提取物中總酚的含量，標(biāo)準(zhǔn)曲線如下：

y= 116.6x+ 0.14,R2= 0.995 9

(2)

式中：y為計算濃度，x為吸光度，總酚含量用公式(2)計算，結(jié)果如表3所示，E4的總酚含量最大為73.00 mg/g，E1的總酚含量最少為26.00 mg/g，該實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著提取劑中乙醇含量的增加，提取物中的總酚含量逐漸增加。

表3 提取物中的總酚含量

2.3 提取物的羥基酪醇含量

采用高效液相色譜法測定提取物中羥基酪醇含量，結(jié)果如表4所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，羥基酪醇含量按式(3)計算：

y= 8.834 08x- 39.890 08

(3)

式中，y為峰面積，x為HT含量(mg/L)，E3 和E4中羥基酪醇含量分別為15.942 5 mg/L和27.473 3 mg/L(見表4)，E1和E2中未檢測到HT。由此可得，提取劑中乙醇含量較多，提取物中羥基酪醇含量越多。

表4 四種提取物中羥基酪醇含量

2.4 四種提取物的揮發(fā)性成分分析

四種橄欖果渣提取物的GC-MS譜圖(見圖1)，由圖可知，相同的GC-MS條件，四種提取物的色譜圖有一定差異，與其他化合物相比，一些化合物的色譜峰展現(xiàn)了相對較高的豐度。色譜圖中特征峰可根據(jù)已知質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析。通過對比譜圖峰的位置發(fā)現(xiàn)，E1和E2的譜圖相似，E3和E4的譜圖相似，說明E1和E2組成成分類似，E3和E4組成成分類似。表5為GC-MS對四種提取物中化合物組成的部分分析結(jié)果，且與數(shù)據(jù)庫有較高的匹配度。

圖1 橄欖果渣四種提取物的GC-MS譜圖Fig.1 GC-MS spectrum of four extracts of olive pomace

采用GC-MS分析方法，根據(jù)保留時間、相似度和CAS號確定了四種提取物的揮發(fā)性成分。通過分析發(fā)現(xiàn)，H2O提取物和50%乙醇提取物，分別在保留時間4.976 min和4.911 min，乙酸的峰面積占3.53%和3.16%；在保留時間15.205 min和15.237 min，(E)-羅勒烯的峰面積占1.14%和9.44%；在20.452 min和20.436 min，3-乙基-4-甲基吡啶的峰面積占5.80%和2.52%；在22.473 min和22.497 min，己酸乙酯的峰面積占1.82%和5.7%；在23.976 min和23.994 min，異戊酸己酯的峰面積占3.76%和7.69%。

70%乙醇提取物和90%乙醇提取物，分別在保留時間10.767 min和10.758 min，苯乙烯的峰面積占4.22%和8.05%；在保留時間22.442 min和22.433 min，5-乙氧基-4，5-二氫-2(3H)-呋喃酮的峰面積占4.86%和6.68%；在32.314 min和32.261 min，4，6-庚二烯酸-3，3，6-三甲基乙酯的峰面積占13.08%和4.41%；在39.439 min和39.383 min，3-甲基-2-環(huán)己烯-1-酮的峰面積占8.51%和6.92%。結(jié)果表明，乙酸、(E)-羅勒烯、3-乙基-4-甲基吡啶、異戊酸己酯和己酸丁酯含量在E1和E2中含量較多，說明E1和E2的揮發(fā)性成分相似。苯乙烯、5-乙氧基-4，5-二氫-2(3H)-呋喃酮、4，6-庚二烯酸-3，3，6-三甲基乙酯和3-甲基-2-環(huán)己烯-1-酮在E3和E4中含量較多，說明E3和E4揮發(fā)性成分相似。結(jié)果表明E1和E2組成成分類似，E3和E4組成成分類似。從表5又可知H2O提取物中己酸乙酯和異戊酸己酯含量比醇提物中多，酮類(5-乙氧基-4，5-二氫-2(3H)-呋喃酮和3-甲基-2-環(huán)己烯-1-酮)含量在三種醇提取物中最高。

圖2是對GC-MS譜圖數(shù)據(jù)的歸類，綜合分析了各類揮發(fā)性成分在提取物中的相對含量。從圖2可知，橄欖果渣提取物中存在的主要成分有酸類、酯類、醛類、酮類、醇類、烯類、吡啶、烷烴等。酸類在四種提取物中含量較高，其中E3的酸類含量最高，E3和E4中酮類含量較高，酯類含量在E1中最高，烯類在三種醇提取物中含量較高。由于溶劑極性差異，四種提取物的GC-MS分析結(jié)果存在一定的差異，結(jié)果表明，H2O提取物中酯類含量較多，醇提取物中酮類和烯類含量較多，四種提取物中都含有較多酸類和醇類。

圖2 橄欖果渣四種提取物的揮發(fā)性成分分析 Fig.2 Analysis of volatile components of four extracts from olive pomace

2.5 橄欖果渣提取物的抗氧化性

2.5.1 DPPH·清除活性

四種提取物和HT對DPPH·的清除率如圖3所示。結(jié)果表明，HT對DPPH·的清除率明顯高于其他四種提取物，當(dāng)HT濃度為1.0 mg/mL時，四種提取物的清除率幾乎為100%。隨著樣品濃度從0.2 mg/mL增加到1.0 mg/mL，四種提取物的清除率均顯著增加，當(dāng)樣品濃度為1 mg/mL時，E1、E2、E3和E4的清除率分別為48.97%、44.30%、47.28%和56.94%，明顯高于其他濃度的清除率，這可能是由于濃度較高時，提取物溶液中含有的酚類物質(zhì)較多，從而導(dǎo)致清除率較高。四種提取物的清除率均隨提取劑中乙醇含量的增加而增加，說明提取物中酚類含量隨著乙醇的增多而增多，導(dǎo)致E4對DPPH·的清除率整體高于其他三種提取物。綜上所述，E4的抗氧化性強(qiáng)于其他三種提取物，該結(jié)果與總酚含量結(jié)果一致。

圖3 四種提取物對DPPH自由基的清除率Fig.3 DPPH radical scavenging rate of four extracts

2.5.2 Fe3+還原力

圖4顯示了以HT為對照的四種提取物的Fe3+還原力。與DPPH·清除活性結(jié)果一致，隨著樣品濃度的增加，提取物對Fe3+的還原能力顯著增強(qiáng)，濃度為2.0 mg/mL時，E1和E2的還原力分別達(dá)到43.5%和43.87%，E4的還原力達(dá)到77.36%，經(jīng)分析造成該變化的原因可能是樣品濃度較高時，溶液中含有的酚類物質(zhì)較多，從而對Fe3+的還原力增強(qiáng)。四種提取物的還原力均隨溶劑中乙醇含量的增加而增加，這可能是由于乙醇含量較多的提取物中總酚含量較多，導(dǎo)致E4對Fe3+的還原力強(qiáng)于E1、E2和E3。以上變化進(jìn)一步說明E4的抗氧化性較強(qiáng)，該結(jié)果同樣與酚類含量一致。

圖4 四種提取物對Fe3+的還原力Fig.4 Reducing power of four extracts to Fe3+

2.6 橄欖果渣提取物對灰葡萄孢的抑制

橄欖果渣提取物抑制灰葡萄孢菌落生長如圖5所示，菌落直徑變化如圖6所示。圖5顯示，隨著培養(yǎng)時間的延長，菌落逐漸增大，與CK相比，菌落大小隨著帶藥培養(yǎng)基濃度的增加而減小，其中帶藥培養(yǎng)基濃度為10 mg/mL時，抑制效果最明顯，到第七天才觀察到有微小的菌落。圖6呈現(xiàn)了菌落生長趨勢，隨著培養(yǎng)時間的延長，菌落直徑逐漸增大，菌落直徑隨著帶藥培養(yǎng)基濃度的增加而逐漸減小，其中10 mg/mL的菌落生長速度最慢，通過計算得出抑制率高達(dá)86.89%。

圖5 橄欖果渣提取物對灰葡萄孢菌落生長的影響Fig.5 Effects of olive pomace extracts on colony growth of Botrytis cinerea

3 討論與結(jié)論

橄欖果渣中含有橄欖油、水和大量的水溶性和脂溶性生物活性物質(zhì)。特別是本研究采用的從兩相體系中分離所得的橄欖果渣，在水相中的占比含量高達(dá)65%左右[24]。對橄欖果渣的組成成分的分析發(fā)現(xiàn)，總脂肪含量在干重比和濕重比中占比較高，說明橄欖果渣含有較多的橄欖油，可以用于提煉果渣油,這種果渣油可以應(yīng)用于食品或化妝品行業(yè)。例如，肥皂制造、化妝品配方中的賦形劑，甚至是以活性成分添加在產(chǎn)品中[24-26]。有研究表明，除了農(nóng)業(yè)實踐、品種或成熟期等其他因素外，土壤、光、氣候因素還可以影響橄欖果渣的組成成分以及生物活性化合物的分布[27]。對橄欖果渣的總酚含量和羥基酪醇含量進(jìn)行了測定，結(jié)果表明，90%乙醇提取物中羥基酪醇含量較高，同樣90%乙醇提取物中檢測到總酚含量最多，說明提取劑中乙醇含量越高，提取物中酚類物質(zhì)越多。揮發(fā)性成分分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，H2O提取物和50%提取物組成成分類似，70%乙醇提取物和90%乙醇提取物組成成分類似，其中H2O提取物和50%乙醇提取物中主要揮發(fā)性成分有乙酸、(E)-羅勒烯、3-乙基-4-甲基吡啶、異戊酸己酯和己酸丁酯。70%乙醇和90%乙醇提取物中苯乙烯、5-乙氧基-4，5-二氫-2(3H)-呋喃酮、4，6-庚二烯酸-3，3，6-三甲基-乙酯和3-甲基-2-環(huán)己烯-1-酮是主要的揮發(fā)性成分。對GC-MS譜圖數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類發(fā)現(xiàn)酸類、酯類和烯類含量在四種物質(zhì)中的含量較高。表明橄欖果渣中最主要的揮發(fā)性成分是酸類、酯類和烯類。

圖6 橄欖果渣提取物抑制灰葡萄孢菌落生長的菌落直徑Fig.6 Colony diameter of olive residue extract inhibiting colony growth of Botrytis cinerea注：不同字母 (a～e)表示差異顯著，P < 0.05。Note:Different letters (a-e) indicate the significant difference at P < 0.05.

對提取物抗氧化性的評價表明，90%乙醇提取物對DPPH·清除力和Fe3+的還原力高于H2O提取物、50%乙醇提取物和70%乙醇提取物，經(jīng)分析可能是由于90%乙醇提取物中酚類含量高于其他三種提取物，導(dǎo)致90%乙醇提取物對DPPH·清除力和Fe3+的還原力高于其他三種提取物。即90%乙醇提取物的抗氧化水平整體高于其他三種提取物，該結(jié)果與酚類含量結(jié)果一致，說明酚類物質(zhì)的存在是提取物具有抗氧化性的主要原因。

90%乙醇提取物對灰葡萄孢的抑制作用的研究結(jié)果為，90%乙醇提取物對灰葡萄孢的生長有明顯的抑制作用，提取物所對應(yīng)的帶藥培養(yǎng)基濃度為10 mg/mL時，對灰葡萄的抑制效果最顯著，該研究結(jié)果與Qi等[28]和Zhang等[29]對灰葡萄抑制作用的研究結(jié)果基本一致。